JP2019501419A - Improved wavelength conversion device - Google Patents

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Abstract

本発明は、蛍光体またはカラーホイール等の波長変換デバイスに関する。波長変換デバイスを製造するための方法もまた、提供される。波長変換デバイスは、基板と、基板上の反射樹脂層と、入射光を受光し、出力光が反射樹脂層によって反射されるように、入射光の波長変換によって出力光を提供するように構成される、反射樹脂層上の波長変換層とを備える。反射樹脂層を基板に適用し、波長変換層を反射樹脂層上に提供することによって、波長変換デバイスを製造するための方法もさらに、提供される。The present invention relates to a wavelength conversion device such as a phosphor or a color wheel. A method for manufacturing a wavelength conversion device is also provided. The wavelength conversion device is configured to receive output light by wavelength conversion of incident light so that the substrate, a reflective resin layer on the substrate, and incident light are received and the output light is reflected by the reflective resin layer. And a wavelength conversion layer on the reflective resin layer. A method for manufacturing a wavelength conversion device is further provided by applying the reflective resin layer to the substrate and providing the wavelength conversion layer on the reflective resin layer.

Description

（発明の技術分野）
本発明は、蛍光体またはカラーホイール等の波長変換デバイスに関する。波長変換デバイスを製造するための方法もまた、提供される。 (Technical field of the invention)
The present invention relates to a wavelength conversion device such as a phosphor or a color wheel. A method for manufacturing a wavelength conversion device is also provided.

（発明の背景）
投影システムは、カラーホイールを使用して、異なる色の光を光源から発生させ得る。光源は、典型的には、白色光を提供する。カラーホイールは、異なる色の表面区画を伴う、円形基板を備え得る。カラーホイールが、その上に入射する光とともに回転されると、その出力は、可変色の光を提供する。 (Background of the Invention)
The projection system may use a color wheel to generate different colors of light from the light source. The light source typically provides white light. The color wheel may comprise a circular substrate with surface sections of different colors. When the color wheel is rotated with light incident thereon, its output provides variable color light.

蛍光体ホイールは、円形基板の表面の一部または全部の区画が蛍光体でコーティングされる、類似デバイスである。蛍光体は、多くの場合、基板表面への塗布のために、糊または他の透明材料と混合される。固体蛍光体が、加えて、または代替として、使用されることができる。異なる蛍光体が、異なる区画において使用され、１つを上回る放出光出力を提供してもよい。   A phosphor wheel is a similar device in which a part or all of the surface of a circular substrate is coated with phosphor. The phosphor is often mixed with glue or other transparent material for application to the substrate surface. Solid phosphors can additionally or alternatively be used. Different phosphors may be used in different compartments to provide more than one emitted light output.

カラーホイールまたは蛍光体ホイールは、出力光が基板を通して通過する、透過性タイプ、または基板が出力光を反射させる、反射タイプであることができる。反射タイプのカラーまたは蛍光体ホイールに関して、基板の反射率が最大限にされることが望ましい。基板のための材料の選択肢は、その異なる反射率に起因して、反射率に影響を及ぼし得る。例えば、アルミニウム（Ａｌ）でコーティングされた基板は、典型的には、９４％の平均反射率を有する（約４２０ｎｍ〜約６８０ｎｍの波長範囲内において）。対照的に、銀（Ａｇ）でコーティングされた基板は、概して、９８％の平均反射率を有する（約４２０ｎｍ〜約６８０ｎｍの波長範囲内において）。したがって、Ａｌでコーティングされた基板を使用することによって、Ａｇコーティングされた基板よりも付加的４％反射率損失が存在することになる。これはまた、光変換、例えば、あるタイプの蛍光体のための青色／黄色変換のための集光効率に結果として生じる降下をもたらす。   The color wheel or phosphor wheel can be of a transmissive type, where the output light passes through the substrate, or a reflective type, where the substrate reflects the output light. For a reflective type of color or phosphor wheel, it is desirable that the reflectivity of the substrate be maximized. The material choice for the substrate can affect the reflectivity due to its different reflectivity. For example, aluminum (Al) coated substrates typically have an average reflectance of 94% (within a wavelength range of about 420 nm to about 680 nm). In contrast, silver (Ag) coated substrates generally have an average reflectivity of 98% (within a wavelength range of about 420 nm to about 680 nm). Thus, by using an Al coated substrate, there will be an additional 4% reflectivity loss over the Ag coated substrate. This also results in a resulting drop in light collection efficiency, eg, light collection efficiency for blue / yellow conversion for certain types of phosphors.

堅牢性および耐久性は、反射タイプ色または蛍光体ホイールに関する別の懸念である。再び、基板のための材料の選択肢は、これらの性能特性に影響を及ぼし得る。高温（１５０℃を上回る）での数百回の作業後、レーザ入射の面積内における燃焼が、典型的には、Ａｇでコーティングされた基板上で観察される。高温におけるコーティング層内の銀イオンの移動は、本影響の原因であり得る。これは、光学性能の約９％の損失につながり得る。類似問題は、他のタイプの基板にも存在し得る。しかしながら、そのような影響は、Ａｌでコーティングされた基板内では同程度に認められない。   Robustness and durability are another concern with reflective type colors or phosphor wheels. Again, material options for the substrate can affect these performance characteristics. After hundreds of operations at high temperatures (above 150 ° C.), combustion within the area of laser incidence is typically observed on Ag coated substrates. The migration of silver ions in the coating layer at high temperatures can be responsible for this effect. This can lead to a loss of about 9% in optical performance. Similar problems may exist for other types of substrates. However, such an effect is not observed to the same extent in Al-coated substrates.

基板上に層を追加することによって基板の反射率を改良するための試みが、検討されている。例えば、第ＣＮ１０３９１２８４８号は、金属、有機ポリマー、またはセラミックを含み得る、拡散反射材料をカラーホイールの基板上に提供することを提案している。カラーホイールの光学効率は、本材料によって改良され得る。しかしながら、いくつかのそのような材料のコストは、高額であり得る。さらに、本アプローチは、耐久性または堅牢性を考慮しない。   Attempts have been made to improve the reflectivity of the substrate by adding layers on the substrate. For example, CN 103912848 proposes providing a diffusely reflective material on a color wheel substrate, which may comprise a metal, an organic polymer, or a ceramic. The optical efficiency of the color wheel can be improved by this material. However, the cost of some such materials can be expensive. Furthermore, this approach does not consider durability or robustness.

高反射率および長耐久性の両方、より具体的には、デバイスの寿命全体を通して高反射率を達成することは、カラーまたは蛍光体ホイールの設計、より一般的には、光学波長変換デバイスの分野において有意な課題を提示する。さらに、低製造コストでこれを達成することは有益となるであろう。   Achieving both high reflectivity and long durability, and more specifically high reflectivity throughout the lifetime of the device, is the field of color or phosphor wheel design, more generally optical wavelength conversion devices Presents significant challenges. In addition, it would be beneficial to achieve this at a low manufacturing cost.

本背景に照らして、基板と、基板上の反射樹脂層（シリコーン等）と、入射光を受光し、出力光が反射樹脂層によって反射されるように、入射光の波長変換によって出力光を提供するように構成される、反射樹脂層上の波長変換層とを備える、波長変換デバイス（典型的には、光学波長のための）が、提供される。波長変換デバイスは、典型的には、カラーホイールまたは蛍光体ホイールである。他の好ましい特徴は、請求項を参照して、以下の説明に開示される。   In light of this background, the output light is provided by wavelength conversion of the incident light so that the substrate, the reflective resin layer (such as silicone) on the substrate, and the incident light are received and the output light is reflected by the reflective resin layer. A wavelength conversion device (typically for optical wavelengths) is provided comprising a wavelength conversion layer on the reflective resin layer configured to do so. The wavelength conversion device is typically a color wheel or phosphor wheel. Other preferred features are disclosed in the following description with reference to the claims.

有利には、基板上への（より好ましくは、その上に直接）シリコーン層（例えばオクタメチルトリシロキサン等のシロキサンを備える）等の反射樹脂層の追加は、反射率および耐久性の両方を改良する。シリコーンベースの層は、費用効果的表面処理材料であって、環境および寿命時間試験において任意の観察される光学性能劣化を伴わずに、高反射率を提供する（放出光電力における９％の増加が観察された）。類似利点も、他のタイプの反射樹脂を用いて可能性として考えられ得る。材料および製造プロセスは両方とも、他のアプローチと比較して低コストであって、製造プロセスは、柔軟性がある。さらに、表面コーティング層は、デバイスの作業温度の増加をもたらさない。高温抵抗、すなわち、最大２００℃の温度においても長時間機能することが、認められた。基板の材料は、もはや関係なくなり、これは、金属、非金属、および／または複合材料から形成される基板にも等しく適用可能であり得る。さらに、反射率がシリコーン層の厚さに依存し、したがって、これは、反射率を所望のレベルに設定することを可能することが観察された。   Advantageously, the addition of a reflective resin layer, such as a silicone layer (with a siloxane such as octamethyltrisiloxane, for example) on the substrate (more preferably directly) improves both reflectivity and durability. To do. Silicone-based layers are cost effective surface treatment materials that provide high reflectivity (9% increase in emitted optical power) without any observed optical performance degradation in environmental and lifetime testing. Was observed). Similar advantages may also be considered as a possibility with other types of reflective resins. Both materials and manufacturing processes are low cost compared to other approaches, and the manufacturing process is flexible. Furthermore, the surface coating layer does not result in an increase in the working temperature of the device. It has been observed that high temperature resistance, i.e., functions for extended periods of time at temperatures up to 200 ° C. The material of the substrate is no longer relevant and this may be equally applicable to substrates formed from metal, non-metal, and / or composite materials. Furthermore, it has been observed that the reflectivity depends on the thickness of the silicone layer and thus this allows the reflectivity to be set to a desired level.

反射樹脂層は、接合層として作用することができる。このように、反射樹脂層は、波長変換層と基板の接着を生じさせる、または補助し得る。加えて、または代替として、接合層（糊および／またはテープ）が、波長変換層を反射樹脂層および基板に接着するために提供されてもよい。これは、特に、ガラス中に分散される蛍光体粒子、結晶中に分散される蛍光体粒子、またはセラミック材料中に分散される蛍光体粒子等の固体波長変換層のために有用であり得る。   The reflective resin layer can act as a bonding layer. Thus, the reflective resin layer can cause or assist the adhesion between the wavelength conversion layer and the substrate. In addition or alternatively, a bonding layer (glue and / or tape) may be provided to adhere the wavelength converting layer to the reflective resin layer and the substrate. This can be particularly useful for solid wavelength conversion layers such as phosphor particles dispersed in glass, phosphor particles dispersed in crystals, or phosphor particles dispersed in a ceramic material.

別の形態の波長変換層は、（略透明）シリコーン中に分散される蛍光体粒子（粉末等）を備える。この場合、反射樹脂層は、その組成物および／または構造を通して波長変換層と明確に異なる（かつ区別可能である）。例えば、反射樹脂層は、光学的に有意な量の蛍光体（または場合により、任意の蛍光体）を備えない。   Another form of wavelength conversion layer comprises phosphor particles (powder, etc.) dispersed in (substantially transparent) silicone. In this case, the reflective resin layer is clearly different (and distinguishable) from the wavelength conversion layer through its composition and / or structure. For example, the reflective resin layer does not include an optically significant amount of phosphor (or, optionally, any phosphor).

対応する波長変換デバイスを製造するための方法も、提供され得る。   A method for manufacturing a corresponding wavelength conversion device may also be provided.

本発明は、種々の方法で実践されてもよく、そのいくつかが、ここで、一例としてのみ、付随の図面を参照して、説明されるであろう。
図１は、既存の蛍光体ホイールを図式的に描写し、動作モードを示す。 図２は、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイールの第１の実施形態を図示し、また、動作モードを示す。 図３は、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイールの第２の実施形態を示し、さらに、動作モードを描写する。 図４は、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイールの第３の実施形態を描写し、動作モードがさらに示される。 図５は、反射樹脂層の異なる厚さに伴う蛍光体ホイールの効率がその寿命時間にわたってどのように変動するかを図式的に示す。 The invention may be practiced in various ways, some of which will now be described by way of example only and with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 schematically depicts an existing phosphor wheel and shows the mode of operation. FIG. 2 illustrates a first embodiment of a phosphor wheel in disassembled schematic form according to the present disclosure, and also illustrates an operating mode. FIG. 3 shows a second embodiment of the phosphor wheel in exploded schematic form according to the present disclosure and further depicts the mode of operation. FIG. 4 depicts a third embodiment of a phosphor wheel in exploded schematic form according to the present disclosure, further illustrating the mode of operation. FIG. 5 schematically shows how the efficiency of the phosphor wheel with different thicknesses of the reflective resin layer varies over its lifetime.

図１では、例えば、光学プロジェクタにおいて使用され得る、既存の蛍光体ホイールが、示される。蛍光体ホイール１００は、プレート１０２と、波長変換材料１０１とを備える。プレート１０２は、典型的には、反射材料でコーティングされた金属を備える。プレート１０２は、基板と称され得、この場合、ディスクまたはリングである。これは、モータ（図示せず）に取り付けられ、通常、高速で、矢印１１０によって示されるように、それを回転させる。これは、蛍光体ホイール１００として示されるが、本種類のデバイスは、より一般的には、波長変換デバイスまたは光変換器と称され得る。例えば、そのようなデバイスは、静的（非回転）構成で使用されてもよい。   In FIG. 1, an existing phosphor wheel is shown, which can be used, for example, in an optical projector. The phosphor wheel 100 includes a plate 102 and a wavelength conversion material 101. Plate 102 typically comprises a metal coated with a reflective material. Plate 102 may be referred to as a substrate, in this case a disk or ring. This is attached to a motor (not shown) and usually rotates at high speed as indicated by arrow 110. This is shown as phosphor wheel 100, but this type of device may be more generally referred to as a wavelength conversion device or light converter. For example, such a device may be used in a static (non-rotating) configuration.

波長変換材料１０１が、プレート１０２上に配置される。波長変換材料１０１は、リング形状を有し、これは、典型的である。波長変換材料１０１は、蛍光体と糊の混合物から作製されてもよい、または蛍光体セラミックであってもよい。この場合、波長変換材料１０１は、蛍光体とシリコーンの混合物である。青色から緑色または黄色光に変換するための蛍光体が、一般に、使用される。蛍光体粉末は、分注またはスクリーン印刷もしくは他のコーティング方法によって、液体透明シリコーン中に分散される。本層は、次いで、同心性パターンにおいて鏡コーティングされた基板１０２上のカラー区画に熱的に硬化および固化される。   A wavelength converting material 101 is disposed on the plate 102. The wavelength converting material 101 has a ring shape, which is typical. The wavelength converting material 101 may be made from a mixture of phosphor and glue, or may be phosphor ceramic. In this case, the wavelength conversion material 101 is a mixture of phosphor and silicone. A phosphor for converting from blue to green or yellow light is generally used. The phosphor powder is dispersed in the liquid transparent silicone by dispensing or screen printing or other coating methods. This layer is then thermally cured and solidified into a color compartment on the substrate 102 that is mirror coated in a concentric pattern.

蛍光体と類似方法において受光された光の波長を変換することができる、任意の構造または材料も、当然ながら、代わりに使用されることができる。単色蛍光体１０１が、この場合、示されるが、それぞれ、特定の色を伴う光を発生させるために使用される、複数のカラー区画（ここでは図示せず）も、代替として使用されてもよい。   Any structure or material that can convert the wavelength of light received in a manner similar to phosphors can, of course, be used instead. Although a monochromatic phosphor 101 is shown in this case, a plurality of color sections (not shown here), each used to generate light with a particular color, may alternatively be used. .

蛍光体等の波長変換材料は、第１の波長の励起光を受光および吸収し、第２の異なる波長の光を放出する。それらは、具体的波長の光を発生させるために使用されてもよく、その波長を直接提供する光源のための光出力電力は、限定される。入射または励起光１０３ａは、伝搬し、波長変換材料（蛍光体）１０１を照明し（光スポットの形態において）、これは、励起光のものと異なる波長の放出光１０３ｂを発生させる。   A wavelength conversion material such as a phosphor receives and absorbs excitation light having a first wavelength, and emits light having a second different wavelength. They may be used to generate light of a specific wavelength, and the optical output power for a light source that directly provides that wavelength is limited. Incident or excitation light 103a propagates and illuminates the wavelength converting material (phosphor) 101 (in the form of a light spot), which generates emission light 103b of a wavelength different from that of the excitation light.

本構成における蛍光体ホイールのプレート１０２は、変換された光１０３ｂが、プレート１０２の励起光１０３ａが受光された側と同一側において放出されるように、変換された光を反射させる。変換された光１０３ｂは、次いで、レンズシステム（図示せず）によって集光される。   The plate 102 of the phosphor wheel in this configuration reflects the converted light so that the converted light 103b is emitted on the same side as the side on which the excitation light 103a of the plate 102 is received. The converted light 103b is then collected by a lens system (not shown).

ここで図２を参照すると、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイール２００の第１の実施形態が、図示される。蛍光体ホイール２００は、基板２０２（ディスクの形態における）と、蛍光体２０１とを備える。加えて、高反射率白色反射コーティング層２０３が、提供される。本実施形態では、これは、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによってＣｌ−２００１という名称下で販売されている、シリコーン材料である。本材料についてのさらなる情報は、その技術データシートおよび安全性データシート上に見出され得、その内容は、参照することによって組み込まれる。本材料の主成分は、オクタメチルトリシロキサン（反射樹脂である）であって、また、二酸化チタン（濃度約２０〜３０％、屈折率２．１）と、二酸化ケイ素（約１〜５％、ＲＩ１．４７）と、水酸化アルミニウム（約１〜５％、ＲＩ１．８）とを備える。これらの付加的成分は、光拡散反射のためのさらなる活性成分であり得る。本材料は、室温において、丈夫で、弾力性があって、かつ非粘性の表面に硬化し、低燃焼性を有するが、弱熱加速（溶媒蒸発分離後）は、インライン処理を加速し得る。材料はまた、流動を向上させ、狭い間隙および空間を充填する、低粘度を有する。典型的には、好適な材料は、長時間周期（少なくとも１，５００時間）の間、−４５〜２００℃（−４９〜３９２°Ｆ）の温度範囲にわたって動作すべきである。しかしながら、スペクトルの低および高温端では、特定の用途における材料の挙動および性能は、より複雑となり、付加的考慮を要求し得る。性能に影響を及ぼし得る要因は、構成要素の構成および応力感度、冷却率および保持時間、ならびに以前の温度履歴である。高温端では、硬化されたシリコーンエラストマーの耐久性は、時間および温度依存である。   Referring now to FIG. 2, a first embodiment of a phosphor wheel 200 in exploded schematic form according to the present disclosure is illustrated. The phosphor wheel 200 includes a substrate 202 (in the form of a disc) and a phosphor 201. In addition, a high reflectivity white reflective coating layer 203 is provided. In the present embodiment, this is a silicone material sold under the name Cl-2001 by Dow Corning Corporation. More information about this material can be found on its technical and safety data sheets, the contents of which are incorporated by reference. The main component of this material is octamethyltrisiloxane (which is a reflective resin), and also titanium dioxide (concentration of about 20-30%, refractive index 2.1) and silicon dioxide (about 1-5%, RI 1.47) and aluminum hydroxide (about 1-5%, RI 1.8). These additional components can be further active ingredients for light diffuse reflection. The material is strong, resilient and hardened to a non-viscous surface at room temperature and has low flammability, but weak heat acceleration (after solvent evaporation separation) can accelerate in-line processing. The material also has a low viscosity that improves flow and fills narrow gaps and spaces. Typically, suitable materials should operate over a temperature range of −45 to 200 ° C. (−49 to 392 ° F.) for extended periods (at least 1,500 hours). However, at the low and high temperature ends of the spectrum, the behavior and performance of materials in certain applications becomes more complex and may require additional consideration. Factors that can affect performance are component composition and stress sensitivity, cooling rate and holding time, and previous temperature history. At the high temperature end, the durability of the cured silicone elastomer is time and temperature dependent.

シリコーン材料が、ディスク基板２０２上にコーティングされる。基板は、典型的には、金属、例えば、アルミニウム等の硬性材料を備える。基板表面の平滑性、粗度、または不均一性は、関係ない。しかしながら、シリコーン層２０３が提供される基板表面は、汚染物質、染み、油、有機残留物、または生物学的残留物がなく、混ざり物がない状態であることが非常に望ましい。低表面エネルギー表面に関して、接着は、プライミングによって、または化学もしくはプラズマエッチングおよびオゾン洗浄等の特殊表面処理によって、改良され得る。   A silicone material is coated on the disk substrate 202. The substrate typically comprises a hard material such as a metal, eg, aluminum. The smoothness, roughness, or non-uniformity of the substrate surface is not relevant. However, it is highly desirable that the substrate surface on which the silicone layer 203 is provided be free of contaminants, stains, oils, organic residues, or biological residues and is not mixed. For low surface energy surfaces, adhesion can be improved by priming or by special surface treatments such as chemical or plasma etching and ozone cleaning.

シリコーン材料は、コーティング前に有機溶媒と混合され、この場合、メチルシロキサンを備え、ＯＳ−２０という名称下でＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されている。本材料についてのさらなる情報は、その技術データシートおよび安全性データシート上に見出され得、その内容は、参照することによって組み込まれる。これは、揮発性溶媒であって、溶液粘度を調節するための希釈剤として使用される。混合されたシリコーン材料は、プロセス要件に従って均質に調製され、シリコン油溶剤が、これを混合機械の中に入れ、混合を行う前に、粘度を調節するために添加される。６０秒にわたる６００ＲＰＭ低速、次いで、１２０秒にわたる１，２００ＲＰＭ高速の混合物機械のための２ステップ混合プログラムが、推奨される。   The silicone material is mixed with an organic solvent prior to coating, in this case comprising methylsiloxane and sold by Dow Corning Corporation under the name OS-20. More information about this material can be found on its technical and safety data sheets, the contents of which are incorporated by reference. This is a volatile solvent and is used as a diluent to adjust the solution viscosity. The mixed silicone material is homogeneously prepared according to the process requirements, and the silicone oil solvent is added to adjust the viscosity before placing it in the mixing machine and mixing. A two-step mixing program for a 600 RPM low speed mix for 60 seconds and then a 1,200 RPM high speed mix machine for 120 seconds is recommended.

シリコーン層は、スプレーコーティングによって、基板２０２上に形成される。室温硬化または室温加硫（ＲＴＶ）が、通常、使用されるが、硬化率は、弱熱によって加速されることができる（かつ不粘着性状態に到達するために要求される時間は、短縮され得る）。熱硬化が、代替として、使用されることができる。大気水分が、硬化を補助し得る。空気循環炉内での高温への暴露に先立って溶媒が蒸発するための適正な時間が、与えられるべきである。３ミル（７５ミクロン）コーティングのための典型的硬化スケジュールは、室温で１０分、その後、６０℃で１０分が続く。コーティングが泡膨れする、または気泡を含有する場合、室温での付加的時間が、炉硬化に先立って、溶媒が蒸発分離するために与えられる。シリコーン材料のポットライフは、選定される適用方法に依存する。ポットライフを延長するために、水分への暴露は、可能である場合は常に乾燥空気または乾燥窒素被覆を使用することによって最小限にされる。シリコーン材料の接着は、典型的には、硬化より遅れ、構築に最大４８時間かかり得る。硬化は、したがって、シリコーンコーティング層２０３を形成する。硬化後、溶媒（ＯＳ−２０等）は、層内に存在しない。本構造は、概して、３８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長間の高光反射率を有する。例えば、ディスク表面の反射率は、硬化後、９８％を達成することができる。９８％反射率を達成するためのシリコーン層の典型的厚さは、約０．０５ｍｍ〜約０．１５ｍｍである。これは、以下に議論されるように、６０Ｗレーザ入力システムに１０％出力電力の増加をもたらし、反射率の低下は、２００℃で１５００時間の動作後も認められなかった。   The silicone layer is formed on the substrate 202 by spray coating. Room temperature cure or room temperature vulcanization (RTV) is usually used, but the cure rate can be accelerated by low heat (and the time required to reach a tack free state is shortened). obtain). Thermal curing can alternatively be used. Atmospheric moisture can assist in curing. Appropriate time should be given for the solvent to evaporate prior to exposure to high temperatures in an air circulating oven. A typical cure schedule for a 3 mil (75 micron) coating lasts 10 minutes at room temperature followed by 10 minutes at 60 ° C. If the coating is bubbled or contains bubbles, additional time at room temperature is provided for the solvent to evaporate prior to furnace curing. The pot life of the silicone material depends on the application method chosen. To extend pot life, exposure to moisture is minimized by using dry air or dry nitrogen coating whenever possible. Silicone material adhesion is typically delayed from curing and can take up to 48 hours to build. Curing thus forms a silicone coating layer 203. After curing, no solvent (such as OS-20) is present in the layer. This structure generally has a high light reflectivity between wavelengths of 380 nm to 800 nm. For example, the reflectivity of the disk surface can achieve 98% after curing. A typical thickness of the silicone layer to achieve 98% reflectivity is from about 0.05 mm to about 0.15 mm. This resulted in a 10% increase in output power for the 60W laser input system, as discussed below, and no reduction in reflectivity was observed after 1500 hours of operation at 200 ° C.

蛍光体粉末は、分注またはスクリーン印刷または他のコーティング方法によって、液体透明シリコーン中に分散される。それらは、次いで、熱的に硬化および固化され、シリコーンコーティング２０３を伴う、カラー区画またはカラーリング２０１をディスク基板２０２上に形成する。シリコーン層２０３はまた、基板２０２とカラーリング２０１との間の接合を改良し得る。最後に、カラーホイールは、モータ上に搭載され、高速で回転してもよい。図１に示される（前述の）デバイスと関連付けられた随意の実装もまた、本実施形態に適用可能である。例えば、デバイスはまた、静的（非回転）構成において使用されることができる。   The phosphor powder is dispersed in the liquid clear silicone by dispensing or screen printing or other coating methods. They are then thermally cured and solidified to form a color section or color ring 201 on the disk substrate 202 with a silicone coating 203. Silicone layer 203 may also improve the bond between substrate 202 and collar ring 201. Finally, the color wheel may be mounted on a motor and rotate at high speed. An optional implementation associated with the device shown in FIG. 1 (described above) is also applicable to this embodiment. For example, the device can also be used in a static (non-rotating) configuration.

金属コーティング（図１の実装に従う）またはシリコーンコーティング（図２の実施形態に従う）のいずれかを使用してコーティングされたディスクの性能が、実験的に試験された。金属でコーティングされたディスクのうちの一方は、Ａｌでコーティングされ、他方は、Ａｇでコーティングされた。シリコーンコーティングされたディスクに関して、一方は、０．１ｍｍシリコーン層を有し、他方は、０．１５ｍｍシリコーン層を有していた。以下の表は、これらの４つの実装の性能を要約する。比較目的のために、Ａｌでコーティングされたディスク（シリコーンコーティングを伴わない）の効率が、ベンチマークとして１００％に設定された。他のディスクの効率は、次いで、本値に基づいた。   The performance of discs coated using either a metal coating (according to the implementation of FIG. 1) or a silicone coating (according to the embodiment of FIG. 2) was experimentally tested. One of the metal coated disks was coated with Al and the other was coated with Ag. For the silicone coated discs, one had a 0.1 mm silicone layer and the other had a 0.15 mm silicone layer. The following table summarizes the performance of these four implementations. For comparative purposes, the efficiency of Al coated discs (without silicone coating) was set at 100% as a benchmark. The efficiency of other disks was then based on this value.

シリコーンコーティングされたディスクの性能は、Ａｇでコーティングされたディスクより良好ではないにしても、少なくとも同程度に良好であることが分かる。さらに、シリコーンコーティングの厚さは、その反射率に影響を及ぼすことが着目された。所望の反射率を達成するための最適厚が、存在し得る。本実装のための最適厚は、約０．１ｍｍであると考えられる。典型的には、厚さは、反射率を最大限にするために設定されるであろう。これは、白色反射コーティングを使用して、所望の波長範囲または帯内の光出力の最大変換を生じさせ得る。実験上、より厚いコーティング層は、より高い反射率を提供するが、より厚いコーティングはまた、例えば、反射コーティングの剥離または亀裂に起因して、長期的破損につながり得ることが分かる。したがって、最適コーティング厚が、最適反射率および／または反射率と耐久性との間のある程度の妥協によって判定されてもよい。実際は、最適厚は、用途に依存し得、実験または試行錯誤によって判定されることができる。これらの方針に沿ったいくつかの結果が、以下に議論される。   It can be seen that the performance of the silicone coated disc is at least as good, if not better than the Ag coated disc. Furthermore, it was noted that the thickness of the silicone coating affects its reflectivity. There may be an optimum thickness to achieve the desired reflectivity. The optimum thickness for this mounting is considered to be about 0.1 mm. Typically, the thickness will be set to maximize reflectivity. This can produce a maximum conversion of light output within the desired wavelength range or band using a white reflective coating. Experimentally, it can be seen that thicker coating layers provide higher reflectivity, but thicker coatings can also lead to long-term failure due to, for example, peeling or cracking of the reflective coating. Thus, the optimal coating thickness may be determined by an optimal reflectivity and / or some degree of compromise between reflectivity and durability. In practice, the optimum thickness may depend on the application and can be determined by experiment or trial and error. Some results in line with these policies are discussed below.

一般に、これは、基板と、基板上の反射樹脂層と、入射光を受光し、入射光の波長変換によって出力光を提供するように構成される、反射樹脂層上の波長変換層とを備える、波長変換デバイスと見なされ得る。このように、出力光は、反射樹脂層によって反射される。反射樹脂層は、典型的には、波長変換層が適用される、基板の表面を被覆する。その結果、反射樹脂層は、基板ではなく、デバイスの反射率を制御する。基板の材料は、したがって、必ずしも、重要ではないが、基板は、有利には、硬性であって、金属材料、非金属材料、および複合材料のうちの１つを備えてもよい。反射樹脂層は、概して、直接基板上にあるが、別の層は、随意に、ある場合には、部分的または完全に、基板と反射樹脂層との間に介在し得る。基板は、概して、ディスク形状を有する。反射樹脂層が提供される基板の表面は、反射コーティングを有してもよい。表面は、アルミニウムを備えてもよい、および／またはコーティングは、アルミニウムを備えてもよい。   Generally, this comprises a substrate, a reflective resin layer on the substrate, and a wavelength conversion layer on the reflective resin layer configured to receive incident light and provide output light by wavelength conversion of the incident light. Can be regarded as a wavelength conversion device. Thus, the output light is reflected by the reflective resin layer. The reflective resin layer typically covers the surface of the substrate to which the wavelength conversion layer is applied. As a result, the reflective resin layer controls the reflectivity of the device, not the substrate. The material of the substrate is therefore not necessarily important, but the substrate is advantageously rigid and may comprise one of a metallic material, a non-metallic material, and a composite material. The reflective resin layer is generally directly on the substrate, but another layer can optionally be interposed, in some cases, partially or completely between the substrate and the reflective resin layer. The substrate generally has a disk shape. The surface of the substrate on which the reflective resin layer is provided may have a reflective coating. The surface may comprise aluminum and / or the coating may comprise aluminum.

反射樹脂層は、典型的には、白色であって、好ましい実施形態では、約３８０ｎｍ〜約８００ｎｍ、より好ましくは、約４２０ｎｍ〜約６８０ｎｍの波長範囲にわたって反射するように構成される。反射樹脂層の反射率は、典型的には、少なくとも９０％（またはそれを上回る）、より好ましくは、少なくとも９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、または９９％（またはそれを上回る）。反射樹脂層は、混合された無機−有機ポリマーまたはエラストマーを備えてもよい（かつそのようなポリマーまたはエラストマーから成る層であってもよい）。好ましい実施形態では、反射樹脂層は、シリコーンを備え、より好ましくは、反射樹脂層は、シリコーン層である。反射樹脂層は、オクタメチルトリシロキサン等のシロキサンを備えてもよい。反射樹脂層は、少なくとも１つのさらなる光学反射材料等の他の成分物質を備えてもよいが、反射樹脂材料は、層の光学的に主要および／または大部分（例えば、濃度またはｗ／ｗ比）の成分であるべきである。反射樹脂は、反射樹脂層の少なくとも５０％（またはそれを上回る）（濃度またはｗ／ｗ比）を形成してもよい。存在し得る他の光学反射材料は、二酸化チタン、二酸化ケイ素、および水酸化アルミニウムのうちの１つ以上を備える、または含むことができる。反射樹脂層の厚さは、概して、少なくとも約０．０５ｍｍ（またはそれを上回る）、典型的には、約０．１５ｍｍ以下（またはそれ未満）、より好ましくは、少なくとも約０．１ｍｍ、および／または約０．１ｍｍ（例えば、０．０８ｍｍまたは０．０９ｍｍ〜０．１１ｍｍまたは０．１２ｍｍ）である。   The reflective resin layer is typically white and in a preferred embodiment is configured to reflect over a wavelength range of about 380 nm to about 800 nm, more preferably about 420 nm to about 680 nm. The reflectance of the reflective resin layer is typically at least 90% (or greater), more preferably at least 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% (or greater) Exceed). The reflective resin layer may comprise a mixed inorganic-organic polymer or elastomer (and may be a layer composed of such a polymer or elastomer). In a preferred embodiment, the reflective resin layer comprises silicone, more preferably the reflective resin layer is a silicone layer. The reflective resin layer may include siloxane such as octamethyltrisiloxane. The reflective resin layer may comprise other component materials such as at least one additional optical reflective material, but the reflective resin material may be optically major and / or majority (eg, concentration or w / w ratio) of the layer. ) Ingredients. The reflective resin may form at least 50% (or higher) (concentration or w / w ratio) of the reflective resin layer. Other optical reflective materials that may be present may comprise or include one or more of titanium dioxide, silicon dioxide, and aluminum hydroxide. The thickness of the reflective resin layer is generally at least about 0.05 mm (or more), typically about 0.15 mm or less (or less), more preferably at least about 0.1 mm, and / or Or about 0.1 mm (for example, 0.08 mm or 0.09 mm to 0.11 mm or 0.12 mm).

反射樹脂層は、概して、その組成物および／または構造を通して波長変換層と明確に異なる（かつ区別可能である）。特に、反射樹脂層は、通常、波長変換層より反射性（かつ概して有意により反射性）である。波長変換層は、通常、反射性ではない。加えて、または代替として、反射樹脂層は、典型的には、波長変換層ほど波長変換材料（蛍光体等）を備えず、通常、反射樹脂層は、波長変換材料を全く備えていない。   The reflective resin layer is generally distinct (and distinguishable) from the wavelength converting layer through its composition and / or structure. In particular, the reflective resin layer is usually more reflective (and generally significantly more reflective) than the wavelength conversion layer. The wavelength conversion layer is usually not reflective. In addition or as an alternative, the reflective resin layer typically does not include as much wavelength conversion material (phosphor or the like) as the wavelength conversion layer, and usually the reflective resin layer does not include any wavelength conversion material.

波長変換層は、概して、蛍光体を備えるが、他の実施形態では、カラーフィルタを備えてもよい。波長変換層は、基板の反射表面全体を被覆する必要はない。複数の波長変換部分を備えてもよく、それぞれ、異なる波長の出力光を提供するように構成される。例えば、これらは、ディスク形状の基板上の区画として形成されてもよい。一実施形態では、波長変換層は、シリコーン等の糊中に分散される蛍光体粒子（粉末等）を備える。典型的には、波長変換層のシリコーンは、概して、光学的に透明であって、概して、反射性ではない。言い換えると、波長変換層の反射率は、通常、反射樹脂層より有意に低く、典型的には、波長変換層の反射率は、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、または５％未満である。   The wavelength conversion layer generally comprises a phosphor, but in other embodiments may comprise a color filter. The wavelength conversion layer need not cover the entire reflective surface of the substrate. A plurality of wavelength converting portions may be provided, each configured to provide output light of a different wavelength. For example, they may be formed as compartments on a disk-shaped substrate. In one embodiment, the wavelength conversion layer comprises phosphor particles (such as powder) that are dispersed in a paste such as silicone. Typically, the wavelength converting layer silicone is generally optically clear and generally not reflective. In other words, the reflectance of the wavelength conversion layer is usually significantly lower than that of the reflective resin layer, and typically the reflectance of the wavelength conversion layer is 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, or Less than 5%.

波長変換デバイスは、カラーホイールまたは蛍光体ホイールとして形成されてもよい。これのディスク形状の（典型的には、環状、より好ましくは、円形リング形状の）基板は、モータによって回転駆動されるように適合されてもよい（例えば、１つ以上の孔等のモータのための好適な搭載点を用いて）。モータはさらに、波長変換デバイスの回転を駆動するように提供および構成されてもよい（基板に好適に結合されるとき）。   The wavelength conversion device may be formed as a color wheel or a phosphor wheel. This disk-shaped (typically annular, more preferably circular ring-shaped) substrate may be adapted to be driven rotationally by a motor (eg, one or more holes in the motor). Using suitable mounting points for). The motor may further be provided and configured to drive rotation of the wavelength converting device (when suitably coupled to the substrate).

別の側面では、反射樹脂層を基板に適用するステップと、波長変換層が、入射光を受光し、入射光の波長変換によって出力光を提供し得るように、波長変換層を反射樹脂層上に提供するステップとを含む、波長変換デバイスを製造するための方法が検討され得る。出力光は、反射樹脂層によって反射される。本明細書に開示されるような波長変換デバイスの任意の側面を形成するための随意のステップもまた、本方法に関連して提供され得る。   In another aspect, the step of applying the reflective resin layer to the substrate and the wavelength conversion layer on the reflective resin layer so that the wavelength conversion layer can receive incident light and provide output light by wavelength conversion of the incident light. A method for manufacturing a wavelength conversion device can be considered. The output light is reflected by the reflective resin layer. Optional steps for forming any aspect of the wavelength conversion device as disclosed herein may also be provided in connection with the method.

加えて、実施形態は、シリコーン層を基板に適用するステップは、分注、噴霧、ブラッシング、流動、パターンコーティング、およびシルク印刷シリコーンのうちの１つ以上を備えることも検討され得る。反射樹脂層を適用するステップは、シリコーン油、キシレン、メチルシロキサン、または別の材料等のシリコーンと有機溶媒の混合物を適用するステップを含む。本方法はさらに、例えば、室温加硫（ＲＴＶ）、熱処理、およびハイブリッド硬化のうちの１つ以上によって、反射樹脂層を硬化させるステップを含んでもよい。さらに、反射樹脂層を本表面に適用する前に、基板の表面を清浄するステップもさらに、検討され得る。   In addition, embodiments can be considered that applying the silicone layer to the substrate comprises one or more of dispensing, spraying, brushing, flow, pattern coating, and silk-printed silicone. Applying the reflective resin layer includes applying a mixture of silicone and organic solvent, such as silicone oil, xylene, methylsiloxane, or another material. The method may further include curing the reflective resin layer by, for example, one or more of room temperature vulcanization (RTV), heat treatment, and hybrid curing. Further, the step of cleaning the surface of the substrate before applying the reflective resin layer to the surface can be further considered.

シリコーン層を基板に適用するステップは、有益なこととして、シリコーン層の厚さを設定するステップを含む。特に、これは、基板および／またはシリコーン層の反射率を所望の（最大）レベルに設定するために行われてもよい。公知の最適化および実験技法が、適宜、厚さを設定するために、適用されてもよい（試行錯誤、内挿、外挿等）。反射樹脂層の最適厚は、いくつかの実施形態では、約０．１ｍｍまたは０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍであってもよい。   Applying the silicone layer to the substrate advantageously includes setting the thickness of the silicone layer. In particular, this may be done to set the reflectivity of the substrate and / or silicone layer to a desired (maximum) level. Known optimization and experimental techniques may be applied to set the thickness as appropriate (trial and error, interpolation, extrapolation, etc.). The optimum thickness of the reflective resin layer may be about 0.1 mm or 0.05 mm to 0.15 mm in some embodiments.

図２はまた、蛍光体ホイール２００の動作モードを示す。入射または励起光２０４ａ（青色）は、蛍光体２０１を照明する。蛍光体２０１は、放出光を発生させ、これは、基板２０２およびシリコーン層２０３によって反射され、励起光２０４ａと異なる波長の出力光２０４ｂ（黄色）を提供する。蛍光体ホイール２００は、モータ（図示せず）によって、矢印１１０によって示される方向に回転される。一般に、本明細書に開示されるような波長変換デバイスを動作させる方法はさらに、別の側面として提供され得る。   FIG. 2 also shows the mode of operation of the phosphor wheel 200. Incident or excitation light 204 a (blue) illuminates the phosphor 201. The phosphor 201 generates emitted light that is reflected by the substrate 202 and the silicone layer 203 and provides output light 204b (yellow) of a different wavelength than the excitation light 204a. Phosphor wheel 200 is rotated in the direction indicated by arrow 110 by a motor (not shown). In general, a method of operating a wavelength conversion device as disclosed herein may be further provided as another aspect.

波長変換材料は、蛍光体含有シリコーン形態である必要はない。次に、図３を参照すると、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイール３００の第２の実施形態が、図示される。図２の実施形態と同様に、高反射率シリコーン層３０３が、基板３０２上に存在する。図３の構成は、図２のものに大部分の点において類似する。例えば、基板３０２の組成物および構造ならびにシリコーン層３０３を形成する組成物、構造、および方法は、前述の通りである。   The wavelength converting material need not be in the phosphor-containing silicone form. Referring now to FIG. 3, a second embodiment of a phosphor wheel 300 in exploded schematic form according to the present disclosure is illustrated. Similar to the embodiment of FIG. 2, a high reflectivity silicone layer 303 is present on the substrate 302. The configuration of FIG. 3 is similar in most respects to that of FIG. For example, the composition and structure of the substrate 302 and the composition, structure, and method of forming the silicone layer 303 are as described above.

しかしながら、図３では、カラーリング３０１のカラー区画は、ガラス中に分散される蛍光体、結晶中に分散される蛍光体、またはセラミック材料中に分散される蛍光体等の固体材料を使用して形成される。カラー区画３０１は、糊接合によってシリコーン３０３でコーティングされたディスク基板３０２に接合される。糊は、接合層３０５を形成する。   However, in FIG. 3, the color section of the color ring 301 uses a solid material such as a phosphor dispersed in glass, a phosphor dispersed in a crystal, or a phosphor dispersed in a ceramic material. It is formed. The color section 301 is bonded to a disk substrate 302 coated with silicone 303 by glue bonding. The glue forms the bonding layer 305.

前述の一般化された波長変換デバイスを参照すると、波長変換層が固体蛍光体を備える実施形態も、検討され得る。例えば、波長変換層は、ガラス中に分散される蛍光体粒子、結晶中に分散される蛍光体粒子、およびセラミック材料中に分散される蛍光体粒子のうちの１つ以上を備えてもよい。   With reference to the above generalized wavelength conversion device, embodiments in which the wavelength conversion layer comprises a solid phosphor may also be considered. For example, the wavelength conversion layer may include one or more of phosphor particles dispersed in glass, phosphor particles dispersed in a crystal, and phosphor particles dispersed in a ceramic material.

加えて、または代替として、波長変換デバイスはさらに、波長変換層を反射樹脂層（好ましくは、基板にも）に接着するように配列される、接合層を備えてもよい。これは、概して、次いで、波長変換層と反射樹脂層との間に配列される。例えば、接合層は、糊またはテープを備えてもよい。   Additionally or alternatively, the wavelength conversion device may further comprise a bonding layer arranged to adhere the wavelength conversion layer to the reflective resin layer (preferably also to the substrate). This is then generally arranged between the wavelength conversion layer and the reflective resin layer. For example, the joining layer may comprise glue or tape.

図３の実施形態の動作モードは、前述のような図２のものに類似する。例えば、それは回転または静的（非回転）構成において使用されることができる。モータ（図示せず）による蛍光体ホイール３００の回転は、矢印１１０によって示される。入射または励起光３０４ａ（青色）が、蛍光体３０１を照明する。蛍光体３０１は、放出光を発生させ、これは、基板３０２およびシリコーン層３０３によって反射され、励起光２０４ａのものと異なる波長の出力光３０４ｂ（黄色）を提供する。   The mode of operation of the embodiment of FIG. 3 is similar to that of FIG. 2 as described above. For example, it can be used in a rotating or static (non-rotating) configuration. The rotation of phosphor wheel 300 by a motor (not shown) is indicated by arrow 110. Incident or excitation light 304 a (blue) illuminates the phosphor 301. The phosphor 301 generates emitted light that is reflected by the substrate 302 and the silicone layer 303 to provide output light 304b (yellow) of a different wavelength than that of the excitation light 204a.

次に図４を参照すると、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイール４００の第３の実施形態が、図示される。図２の実施形態と同様に、高反射率シリコーン層４０３が、基板４０２上に提供される。図４の基本構成は、多くの点において図２のものに類似する。例えば、基板４０２の組成物および構造ならびにシリコーン層４０３の組成物および構造は、前述の通りである。   Referring now to FIG. 4, a third embodiment of a phosphor wheel 400 in exploded schematic form according to the present disclosure is illustrated. Similar to the embodiment of FIG. 2, a high reflectivity silicone layer 403 is provided on the substrate 402. The basic configuration of FIG. 4 is similar to that of FIG. 2 in many respects. For example, the composition and structure of the substrate 402 and the composition and structure of the silicone layer 403 are as described above.

図３の実施形態と同様に、カラーリング４０１のカラー区画は、ガラス中に分散される蛍光体、結晶中に分散される蛍光体、またはセラミック材料中に分散される蛍光体等の固体材料を備える。カラー区画またはカラーリング４０１は、直接、シリコーン材料層４０３上に置かれる。次いで、積層された構造は、熱的に硬化またはＲＴＶ硬化され、３８０ｎｍ〜８００ｎｍ波長の高光反射率を伴うコーティング層を形成する。ここでは、シリコーン材料４０３もまた、接合材料としての役割を果たし、接合層を効果的に形成する。   Similar to the embodiment of FIG. 3, the color section of the coloring 401 is made of a solid material such as a phosphor dispersed in glass, a phosphor dispersed in a crystal, or a phosphor dispersed in a ceramic material. Prepare. A color section or coloring 401 is placed directly on the silicone material layer 403. The laminated structure is then thermally cured or RTV cured to form a coating layer with high light reflectivity at 380 nm to 800 nm wavelength. Here, the silicone material 403 also serves as a bonding material, effectively forming a bonding layer.

前述の一般化された波長変換デバイスを参照すると、反射樹脂層は、波長変換層を基板に接合するように構成されてもよい。したがって、反射樹脂層は、上記に提案されるように、接合層の少なくとも一部（または全部）を形成してもよい。   Referring to the generalized wavelength conversion device described above, the reflective resin layer may be configured to bond the wavelength conversion layer to the substrate. Therefore, the reflective resin layer may form at least a part (or all) of the bonding layer as proposed above.

本発明の前述の実施形態による、蛍光体ホイールの耐久性がさらに、試験された。図５を参照すると、反射樹脂層の異なる厚さを伴う蛍光体ホイールの効率がその寿命時間にわたってどのように変動するかが、図式的に示される。（光変換）効率は、前述のようにベンチマークとして１００％に設定されたＡｌでコーティングされたディスク（シリコーンコーティングを伴わない）を参照して測定された。寿命時間は、時間単位で、合計１，７００時間まで測定された。デバイスは全て、２００℃で動作された。実験では、蛍光体ホイールは、反射樹脂コーティングの異なる平均噴霧厚を伴って製造された（図２の実施形態に従って）。これらは、次いで、ライトエンジンシステムの中に設置され、その実際の変換光出力を試験した。   The durability of the phosphor wheel according to the previous embodiment of the present invention was further tested. Referring to FIG. 5, it is schematically shown how the efficiency of a phosphor wheel with different thicknesses of the reflective resin layer varies over its lifetime. (Photoconversion) efficiency was measured with reference to an Al coated disc (without silicone coating) set at 100% as a benchmark as described above. The lifetime was measured in hours up to a total of 1,700 hours. All devices were operated at 200 ° C. In the experiment, phosphor wheels were manufactured with different average spray thicknesses of the reflective resin coating (according to the embodiment of FIG. 2). These were then installed in the light engine system and tested for their actual converted light output.

４つのプロットが、図５に示される。これらは、比較のために、厚さ０．０７ｍｍの反射シリコーン層を伴う蛍光体ホイール５１０と、厚さ０．１ｍｍの反射シリコーン層を伴う蛍光体ホイール５２０と、厚さ０．１５ｍｍの反射シリコーン層を伴う蛍光体ホイール５３０と、Ａｌコーティング（反射シリコーン層を伴わない）を伴う蛍光体ホイール５４０とに関する効率を表す。反射シリコーン層を伴う３つのタイプの蛍光体ホイールの全ての効率は、１，０００時間の寿命時間全体を通して、Ａｌでコーティングされた基板実施形態より有意に高いままであることが分かるであろう。但し、反射シリコーン層が、０．０７ｍｍの厚さを有するときの効率５１０は、シリコーン層の他の２つの厚さに関してそれほど高くない。これらの試験では、反射シリコーン層が０．１ｍｍの厚さを有するときの効率５２０は、概して、反射シリコーン層が０．１５ｍｍの厚さを有するときの効率５３０に類似する。しかしながら、本試験では、反射シリコーン層が０．１５ｍｍの厚さを有するものは、シリコーン層の漸次剥離または亀裂をもたらし得ることが着目された。さらに、上記で報告される試験では、０．１ｍｍの厚さを伴う反射シリコーン層の効率は、概して、若干高くなり得ることが着目された。これらの問題を両方とも考慮して、噴霧パラメータは、シリコーン層の厚さを０．１ｍｍとなるよう最適に設定するように検討される。   Four plots are shown in FIG. For comparison, these are phosphor wheel 510 with a reflective silicone layer of 0.07 mm thickness, phosphor wheel 520 with a reflective silicone layer of 0.1 mm thickness, and reflective silicone of 0.15 mm thickness. Figure 3 represents the efficiency for a phosphor wheel 530 with a layer and a phosphor wheel 540 with an Al coating (without a reflective silicone layer). It can be seen that the efficiency of all three types of phosphor wheels with a reflective silicone layer remains significantly higher than the Al-coated substrate embodiment throughout the lifetime of 1,000 hours. However, the efficiency 510 when the reflective silicone layer has a thickness of 0.07 mm is not very high with respect to the other two thicknesses of the silicone layer. In these tests, the efficiency 520 when the reflective silicone layer has a thickness of 0.1 mm is generally similar to the efficiency 530 when the reflective silicone layer has a thickness of 0.15 mm. However, in this test, it was noted that the reflective silicone layer having a thickness of 0.15 mm could result in gradual peeling or cracking of the silicone layer. Furthermore, in the tests reported above, it was noted that the efficiency of reflective silicone layers with a thickness of 0.1 mm can generally be slightly higher. Considering both of these problems, the spray parameters are considered to be optimally set so that the thickness of the silicone layer is 0.1 mm.

本発明の実施形態が前述されたが、当業者は、種々の修正または代用を検討し得る。例えば、蛍光体ホイール（またはカラーホイール）が、上記の実施形態では開示された。しかしながら、波長変換デバイスは、固体照明を使用するヘッドライト（例えば、自動車産業における）、または例えば、静的発光材料を使用するピコライトエンジンを含む、他の形態の照明具のための他の回転または静的形態で実装されてもよい。   While embodiments of the present invention have been described above, those skilled in the art may consider various modifications or substitutions. For example, a phosphor wheel (or color wheel) has been disclosed in the above embodiments. However, wavelength conversion devices can be used for other forms of luminaires, including headlights that use solid state lighting (eg, in the automotive industry), or picolight engines that use, for example, static luminescent materials. Alternatively, it may be implemented in a static form.

全実施形態において、基板は、金属を備える、または金属材料のみを備える必要はない。例えば、非金属材料および／または複合材材料が、加えて、もしくは代替として、提供されてもよい。基板は、反射コーティング（高反射率を有し得る）でコーティングされてもよい、またはそうではなくてもよい。基板の形状は、円形またはさらにディスク（環状）である必要はなく、他の形状も、提供されてもよい。   In all embodiments, the substrate need not comprise a metal or comprise only a metallic material. For example, non-metallic materials and / or composite materials may be provided in addition or alternatively. The substrate may or may not be coated with a reflective coating (which may have a high reflectivity). The shape of the substrate need not be circular or even disc (annular) and other shapes may be provided.

シリコーン層は、異なる組成物を有してもよく、それを基板に適用するための他の方法も、検討されてもよい。例えば、他のタイプの白色または反射樹脂材料も、使用されてもよい。スプレーコーティングに加えて、またはその代替として、反射樹脂が、ブラッシング、流動、もしくはパターンコーティングによって、コーティングとして塗布されることができる。分注またはスクリーン印刷も、可能性として考えられるが、要求される熱がコーティングの硬化を生じさせるであろうため、好ましくはない。フィルタ等の他のタイプの波長変換材料も、提供されてもよい。波長変換材料をシリコーンコーティングされた基板に接着するための代替接合層、例えば、テープも、使用されてもよい。   The silicone layer may have a different composition and other methods for applying it to the substrate may also be considered. For example, other types of white or reflective resin materials may be used. In addition to or as an alternative to spray coating, the reflective resin can be applied as a coating by brushing, flow, or pattern coating. Dispensing or screen printing is also possible but is not preferred because the required heat will cause the coating to cure. Other types of wavelength converting materials such as filters may also be provided. Alternative bonding layers, such as tape, for adhering the wavelength converting material to the silicone coated substrate may also be used.

Claims (23)

波長変換デバイスであって、
基板と、
前記基板上の反射樹脂層と、
入射光を受光し、出力光が前記反射樹脂層によって反射されるように、前記入射光の波長変換によって出力光を提供するように構成される、前記反射樹脂層上の波長変換層と、
を備える、波長変換デバイス。 A wavelength conversion device,
A substrate,
A reflective resin layer on the substrate;
A wavelength conversion layer on the reflective resin layer configured to receive incident light and provide output light by wavelength conversion of the incident light such that the output light is reflected by the reflective resin layer;
A wavelength conversion device comprising: 前記反射樹脂層は、混合された無機−有機ポリマーを備える、請求項１に記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the reflective resin layer comprises a mixed inorganic-organic polymer. 前記反射樹脂層は、約４２０ｎｍ〜約６８０ｎｍの波長範囲にわたって反射する、請求項１または請求項２に記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the reflective resin layer reflects over a wavelength range of about 420 nm to about 680 nm. 前記反射樹脂層は、シリコーンまたはシロキサンを備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the reflective resin layer comprises silicone or siloxane. 前記反射樹脂層はさらに、少なくとも１つのさらなる光学反射材料を備える、請求項４に記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 4, wherein the reflective resin layer further comprises at least one further optical reflective material. 前記少なくとも１つのさらなる光学反射材料は、二酸化チタン、二酸化ケイ素、および水酸化アルミニウムのうちの１つ以上を含む、請求項５に記載の波長変換デバイス。   6. The wavelength converting device according to claim 5, wherein the at least one further optical reflective material comprises one or more of titanium dioxide, silicon dioxide, and aluminum hydroxide. 前記反射樹脂層は、少なくとも約０．０５ｍｍおよび／または０．１５ｍｍ以下の厚さを有する、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to any of the preceding claims, wherein the reflective resin layer has a thickness of at least about 0.05 mm and / or 0.15 mm or less. 前記反射樹脂層は、前記波長変換層を前記基板に接合するように構成される、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the reflective resin layer is configured to bond the wavelength conversion layer to the substrate. 前記波長変換層を前記反射樹脂層に接着するように配列される、接合層をさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 1, further comprising a bonding layer arranged so as to adhere the wavelength conversion layer to the reflective resin layer. 前記接合層は、糊またはテープを備える、請求項９に記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 9, wherein the bonding layer includes glue or tape. 前記波長変換層は、蛍光体を備える、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the wavelength conversion layer includes a phosphor. 前記波長変換層は、シリコーン中に分散される蛍光体粒子を備える、請求項１１に記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 11, wherein the wavelength conversion layer includes phosphor particles dispersed in silicone. 前記波長変換層は、固体蛍光体を備える、請求項１１または請求項１２に記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 11 or 12, wherein the wavelength conversion layer includes a solid phosphor. 前記波長変換層は、ガラス中に分散される蛍光体粒子、結晶中に分散される蛍光体粒子、およびセラミック材料中に分散される蛍光体粒子のうちの１つ以上を備える、請求項１３に記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion layer comprises one or more of phosphor particles dispersed in glass, phosphor particles dispersed in a crystal, and phosphor particles dispersed in a ceramic material. The wavelength conversion device described. 前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイスを備える、蛍光体ホイールであって、前記基板は、ディスク形状を有する、蛍光体ホイール。   A phosphor wheel comprising the wavelength conversion device according to claim 1, wherein the substrate has a disk shape. 前記基板は、モータによって回転駆動されるように適合される、請求項１５に記載の蛍光体ホイール。   The phosphor wheel according to claim 15, wherein the substrate is adapted to be rotationally driven by a motor. 前記基板は、金属材料、非金属材料、および複合材料のうちの１つを備える、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the substrate comprises one of a metallic material, a non-metallic material, and a composite material. 波長変換デバイスを製造するための方法であって、
反射樹脂層を基板に適用するステップと、
波長変換層が、入射光を受光し、前記入射光の波長変換によって出力光を提供し得るように、前記波長変換層を前記反射樹脂層上に提供するステップであって、前記出力光は、前記反射樹脂層によって反射される、ステップと、
を含む、方法。 A method for manufacturing a wavelength conversion device comprising:
Applying a reflective resin layer to the substrate;
Providing the wavelength conversion layer on the reflective resin layer so that the wavelength conversion layer can receive incident light and provide output light by wavelength conversion of the incident light, wherein the output light comprises: Reflected by the reflective resin layer, and
Including a method. 前記反射樹脂層を前記基板に適用するステップは、分注、噴霧、ブラッシング、流動、パターンコーティング、およびシルク印刷のうちの１つ以上を備える、請求項１８に記載の方法。   The method of claim 18, wherein applying the reflective resin layer to the substrate comprises one or more of dispensing, spraying, brushing, flow, pattern coating, and silk printing. 前記反射樹脂層を適用するステップは、シリコーンと有機溶媒の混合物を適用するステップを含む、請求項１８または請求項１９に記載の方法。   20. A method according to claim 18 or claim 19, wherein applying the reflective resin layer comprises applying a mixture of silicone and organic solvent. 前記反射樹脂層を硬化させるステップをさらに含む、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の方法。   21. The method according to any one of claims 18 to 20, further comprising curing the reflective resin layer. 前記反射樹脂層を硬化させるステップは、室温加硫（ＲＴＶ）、熱処理、およびハイブリッド硬化のうちの１つ以上によって行われる、請求項２１に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the step of curing the reflective resin layer is performed by one or more of room temperature vulcanization (RTV), heat treatment, and hybrid curing. 前記反射樹脂層を前記基板に適用するステップは、前記反射樹脂層の反射率を所望のレベルに設定するために、前記反射樹脂層の厚さを設定するステップを含む、請求項１７から２２のいずれか１項に記載の方法。   23. The step of applying the reflective resin layer to the substrate includes setting a thickness of the reflective resin layer in order to set a reflectance of the reflective resin layer to a desired level. The method according to any one of the above.
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